无线Mesh网络中基于两跳干扰模型的QoS路由算法研究

论文摘要

无线Mesh网络作为下一代新型的宽带无线网络结构,具有高容量、高速率的特点,已成为网络研究的热点。现在随着多媒体应用的不断涌现,在无线Mesh网络中传输多媒体业务具有巨大的应用前景。但是多媒体业务传输要求无线Mesh网络提供QoS,即要保证进入网络的数据流带宽要求。实际上,本课题组已设计和实现了一个实时多媒体传输试验床。该实验床以节点的可用带宽估计为基础,对DSR协议进行了一系列QoS扩展,在小规模的试验网络中取得了良好的效果。但该实验床上的节点可用带宽估计算法对流内和流间干扰考虑过于简化,并且缺乏理论依据。鉴于最近几年在无线网络领域对可用带宽估计和无线干扰现象的研究成果,本论文对原实验床上的可用带宽估计算法进行了修正,提出了一个新的节点可用带宽估计算法NABE。NABE是在两跳干扰模型基础上,从调度和空间重用的角度进行综合考虑而提出的。由于NABE算法需要MAC层符合两跳干扰模型,为此作者根据802.11多速率特点对802.11协议进行了修改。本文从理论分析和仿真试验两个角度将NABE算法与行约束,集团约束等方法从约束程度和实现难度上进行了比较,分析和仿真结果表明:NABE算法在约束程度上较接近最优值,能够更好的利用网络带宽资源;在实现上能够在线计算,易于实现。为了验证NABE的性能和课题的需要,作者根据NABE算法,提出了QoS路由算法,对原DSR协议进行了扩展。另外,作者基于NABE条件,还提出了一个启发式的干扰度指标用作选择路由的度量(metrics),按该路由度量选出的路径能够避开网络的“热点”。最后,作者在NS仿真环境上实现了上述所有算法。仿真试验表明:本文提出的QoS路由算法,能够充分的利用网络资源,防止网络过载,保证大部分进入网络的数据流的带宽要求,从而能够满足多媒体业务的传输需要;启发式干扰度指标能在网络没有饱和时,找到的路由具有较大的带宽和较小的延迟,在网络饱和时能够避开网络“热点”,找到延迟更小的路由。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和选题动机
• 1.2 论文工作与组织
• 第二章 无线Ad hoc 网络QoS 路由的相关研究
• 2.1 网络容量和可用带宽研究
• 2.1.1 无线网络的容量和干扰模型
• 2.1.2 可用带宽的约束条件
• 2.2 无线Ad hoc 网络DSR 路由协议
• 2.2.1 DSR 协议简介
• 2.2.2 课题组相关的DSR 协议研究
• 2.3 IEEE802.11 DCF 协议
• 2.3.1 IEEE802.11 DCF 的最大饱和吞吐率
• 2.3.2 IEEE802.11b 多速率特征
• 第三章 基于两跳干扰模型的QoS 路由算法
• 3.1 基于两跳干扰模型的可用带宽估计算法
• 3.1.1 模型假设和两跳干扰模型
• 3.1.2 可用带宽计算算法
• 3.2 基于两跳干扰模型的QoS-Aware 路由算法
• 3.2.1 QoS 信息收集
• 3.2.2 准入控制算法
• 3.2.3 扩展的DSR 协议
• 3.3 基于干扰度的QoS 路由指标
• 3.3.1 干扰度指标
• 3.3.2 在路由协议中的应用
• 第四章 算法在NS 中的实现
• 4.1 NS 工具简要介绍
• 4.2 算法实现
• 4.2.1 NS-2 中多速率MAC 层的实现
• 4.2.2 基于两跳干扰模型的QoS 路由算法的实现
• 4.2.3 路径干扰度的实现
• 第五章 算法性能的仿真评价
• 5.1 仿真参数设置和业务模型
• 5.2 NABE 仿真评价
• 5.2.1 流内干扰场景
• 5.2.2 流间干扰场景
• 5.3 QoS 路由算法评价
• 5.3.1 准入控制算法验证
• 5.3.2 QoS-Aware 路由算法综合评价
• 5.4 干扰度路由指标的评价
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 存在的问题
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录A 线性规划计算
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢